EP3807011A1 - Temperierte zentrifuge mit crashschutz - Google Patents

Temperierte zentrifuge mit crashschutz

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EP3807011A1
EP3807011A1 EP19731248.1A EP19731248A EP3807011A1 EP 3807011 A1 EP3807011 A1 EP 3807011A1 EP 19731248 A EP19731248 A EP 19731248A EP 3807011 A1 EP3807011 A1 EP 3807011A1
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EP
European Patent Office
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centrifuge
pressure
temperature control
evaporator
electrical
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EP19731248.1A
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English (en)
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EP3807011B1 (de
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Andreas Keil
Heiko Müller
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Eppendorf SE
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Eppendorf SE
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Publication date
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Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Publication of EP3807011A1 publication Critical patent/EP3807011A1/de
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Publication of EP3807011B1 publication Critical patent/EP3807011B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/02—Casings; Lids
    • B04B7/06—Safety devices ; Regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/02—Other accessories for centrifuges for cooling, heating, or heat insulating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/21—Refrigerant outlet evaporator temperature

Definitions

  • the present invention relates to a centrifuge according to the preamble of claim 1 and a method for preventing ignition of flammable temperature control media according to the preamble of claim 14.
  • Centrifuge rotors are used in centrifuges, in particular laboratory centrifuges, in order to separate the components from samples centrifuged therein, using the inertia. In order to achieve high segregation rates, ever higher rotation speeds are used.
  • Laboratory centrifuges are centrifuges whose rotors operate at preferably at least 3,000, preferably at least 10,000, in particular at least 15,000 revolutions per minute and are usually placed on tables. In order to be able to place them on a work table, they have in particular a form factor of less than l m x l m x l m, so their installation space is limited.
  • the device depth is max. 70 cm limited.
  • centrifuges are used in the fields of medicine, pharmacy, biology and chemistry.
  • the samples to be centrifuged are stored in sample containers and these sample containers are driven in rotation by means of a centrifuge rotor.
  • the centrifuge rotors are usually set in rotation by means of a vertical drive shaft which is driven by an electric motor. There are various centrifuge rotors that are used depending on the application.
  • the sample containers can contain the samples directly or there are separate ones in the sample containers
  • Sample containers are used which contain the sample, so that a large number of samples can be centrifuged simultaneously in one sample container.
  • Centrifuge rotors in the form of fixed-angle rotors and swing-out rotors and others are generally known.
  • samples are centrifuged at certain temperatures. For example, samples containing proteins and the like. Organic substances must not be overheated, so that the upper limit for the temperature control of such samples standardly lies in the range of + 40 ° C. On the other hand, certain samples are cooled by default in the + 4 ° C range (water anomaly starts at 3.98 ° C).
  • active and passive systems can be used for temperature control.
  • Passive systems are based on air-assisted ventilation. This air is led directly past the centrifuge rotor, which means that the temperature is controlled. The air is sucked through openings in the centrifuge bowl and the heated air is discharged through other openings at another point in the centrifuge bowl, the suction and discharge taking place independently by the rotation of the centrifuge rotor.
  • Active cooling systems have a refrigerant circuit that temperature-regulates the centrifuge container, which indirectly cools the centrifuge rotor and the sample container accommodated therein.
  • Many different media are used as refrigeration or tempering media in compressor-operated refrigeration systems. Since in principle not only cooling, that is to say heat extraction, but also the supply of heat during the centrifugation may be desired, the present invention refers to temperature control and temperature control media.
  • temperature control media commonly used for centrifuges, such as chlorodifluoromethane, tetrafluoroethane, pentafluoroethane or difluoromethane and many more, there are also flammable temperature control agents such as butane or propane or a wide variety of synthetic mixtures.
  • these flammable tempering media have very good heat transfer properties, they are mostly not used for safety reasons, since the tempering agent can escape and ignite in the event of a crash of the centrifuge rotor. In such a crash, fragments of the centrifuge can rotors act at high speed and therefore very high energy within the centrifuge and thereby also destroy the evaporator and lines that carry the temperature control medium. The flammable temperature control medium flowing out can then be easily ignited by the energy released in the crash and by electrical or electronic components inside or in the vicinity of the centrifuge, which can be associated with very great damage, in particular also personal injury.
  • this task can be solved in a surprisingly simple manner if the pressure in the evaporator is then monitored to determine whether it is below a predetermined minimum value or above a predetermined maximum value. Measures to prevent possible ignition of the temperature control medium can then be initiated. In the event that the pressure is below a minimum pressure, it can be assumed that there is either a leak or a crash, wherein leakage in the evaporator is very unlikely, but nevertheless leads to a gradual release of flammable temperature control medium and a crash to a sudden release of flammable tempering medium. If the pressure is above a maximum pressure, there is a risk that there is a lot of flammable temperature control medium in the evaporator, which could escape and ignite in the event of a crash.
  • the method according to the invention for preventing ignition of flammable tempering media in centrifuges, in particular after a crash of the centrifuge rotor the centrifuge, which is designed in particular as a laboratory centrifuge, a centrifuge container in which a centrifuge rotor can be accommodated, a centrifuge motor for driving the centrifuge rotor , Temperature control means with an evaporator and a compressor for temperature control of the centrifuge rotor and a housing in which the centrifuge container, the centrifuge rotor, the temperature control means and the centrifuge motor are accommodated, the temperature control means having a flammable temperature control medium which is guided in a temperature control medium line is characterized by the fact that the pressure in the evaporator is monitored to determine whether it is below a predetermined minimum pressure and / or above a predetermined maximum pressure.
  • the pressure at the outlet of the evaporator is determined, a pressure sensor, in particular in the form of a pressure transmitter, preferably being used. This makes it particularly easy to monitor the pressure and take control measures directly.
  • the predetermined minimum pressure is at least 0.7 bar, is preferably at least 1 bar and in particular is at least 1.3 bar.
  • the predetermined maximum pressure is at most 5 bar, preferably at most 3 bar, in particular at most 2 bar.
  • temperature control medium R290 propane is used.
  • isobutane, propene, butene, etc. can also be used.
  • R290 propane is preferred due to its advantageous parameters (pressure ranges, temperature profiles, boiling point, enthalpies and vol umetric efficiency).
  • the pressure range depends directly on the temperature control medium used and the intended use (e.g. deep-freezing or normal cooling). It has been shown with R290 propane that the above-mentioned pressure range is advantageous.
  • one or more of the following measures are carried out at an evaporator pressure below the predetermined minimum pressure:
  • Residual electrical energy is directed to a fan of the centrifuge for its operation.
  • Explosion-protected components are those according to the ATEX directive of the European Union (ATEX product directive 2014/34 / EU and the ATEX operating directive 1999/92 / EG), or elements that have a power consumption of less than 20 W.
  • the centrifuge motor is preferably designed to be explosion-proof in order to fundamentally prevent ignition by the centrifuge motor.
  • the temperature control medium circuit contains a quantity of temperature control medium of less than 150 g, preferably of less than 140 g, particularly preferably less than 130 g, in particular less than 120 g.
  • the temperature control medium circuit contains a quantity of temperature control medium of more than 30 g, preferably more than 40 g, particularly preferably more than 50 g.
  • the amount is advantageously in the range from 60 g to 110 g. However, the other amounts indicated can also be used for this range.
  • centrifuge motor If the centrifuge motor is stopped, a crash that has not yet taken place is prevented or a crash that has already taken place is mitigated in its extent.
  • the centrifuge motor is also advantageously switched off if the centrifuge motor is designed to be explosion-proof, because this results in mechanical crash protection.
  • the temperature control medium is dispersed in such a way that ignition is made more difficult.
  • Such an electrical fallback level could be realized, for example, by means of at least one relay that is constantly energized in normal operation. If, in the event of a crash, there is no current to pull on or a conscious change is made, the relay then makes contact with the residual electrical energy (for example from capacitors and the like) to the fan.
  • capacitors could be capacitors provided as standard in the electronics of the laboratory centrifuge. Special capacitors or accumulators could also be used, which only exist to be charged during normal operation and to supply energy to the fan on request. For example, in the event of a crash, the request could be made by the aforementioned relay or the like.
  • the amount of temperature control medium in the evaporator is reduced in the case of an evaporator pressure above the predetermined maximum pressure. In this way, a possible crash is prevented by keeping the ignitable amount as low as possible right from the start.
  • one or more of the following measures are carried out at an evaporator pressure above the predetermined maximum pressure:
  • the temperature control medium is fed into a temperature control medium storage.
  • the amount that can be ignited is kept as low as possible.
  • the temperature control medium is sucked out of the evaporator so that the amount that can be ignited is kept as low as possible.
  • tempering medium is fed into a tempering medium store, the amount of ignitable tempering medium in the evaporator is also reduced. This can be done, for example, by closing a valve in the temperature control media circuit. So that no temperature control medium can flow into the evaporator. As a result, the compressor pumps the temperature control medium down to the minimum pressure and automatically introduces it into the open temperature control medium reservoir. The temperature medium is removed again from the temperature medium storage simply by opening the valve in the line. The valve remains open during normal operation.
  • the supply of tempering medium to the evaporator is preferably interrupted.
  • a fan of the centrifuge is started after switching on an electrical power supply to the centrifuge.
  • any tempering medium that may have previously escaped is dispersed in such a way that possible ignition is prevented.
  • constant protection is claimed regardless of whether the pressure in the evaporator is monitored or not.
  • This or the previously mentioned fan which serves to disperse a possibly escaping temperature control medium, can be a fan specially set up for this purpose, but it can also be a fan for cooling the electronics of the centrifuge or a fan for operating the condenser the centrifuge act.
  • the fan should preferably be set up in such a way that it overflows the tempering medium line at least in certain areas and / or flows through at least one, in particular a plurality of cavities in the centrifuge in such a way that the exhaust air that is produced is conveyed out of the centrifuge housing. These are preferably cavities that can fill with the exiting tempering medium.
  • An advantageous further development provides that the fan is operated in such a way that no explosion-critical temperature-medium-air mixture is formed, preferably no temperature-medium-air mixture with a temperature medium content of 2 to 9% by volume.
  • U na dependent protection is claimed for the centrifuge according to the invention, in particular La boron centrifuge, with a centrifuge container in which a centrifuge rotor can be accommodated, a centrifuge motor for driving the centrifuge rotor, temperature control means with a vaporizer and a compressor for temperature control of the centrifuge rotor and a housing, in which the centrifuge container, the centrifuge rotor, the tempering means and the centrifuge motor are accommodated, the tempering means having a combustible tempering medium which is guided in a tempering medium line which is characterized in that the centrifuge is adapted to determine whether the pressure in the evaporator is below a predetermined minimum pressure and / or above a predetermined maximum pressure.
  • centrifuge is adapted to carry out the method according to the invention.
  • At least one of the elements is an electrical supply line to a non-Ex-protected component, switch in the electrical supply line to a non-Ex-protected component and control of the centrifuge in the Crash area of the centrifuge are arranged. Then, in the event of a crash, the energy supply to the non-explosion-protected components is deliberately interrupted, thus preventing ignition.
  • "Crash area” in this context means the area around the centrifuge container. If a crash safety device in the form of one or more stiffening elements or crash energy Absorber elements are present in the centrifuge, these elements should then be arranged between the centrifuge container and the stiffening elements or crash energy absorber elements or not.
  • Input of the evaporator is arranged, wherein the solenoid valve is preferably arranged upstream of the pressure relief element.
  • a solenoid valve which is always kept open by the electrical supply to the centrifuge, closes automatically due to spring force when the electrical supply is interrupted, as is to be expected in the event of a crash.
  • the pressure monitor can automatically close the solenoid valve in the event of a pressure below the minimum pressure. In the event of a crash, this prevents the temperature control medium from flowing in and possibly being ignited.
  • electronic injection valves (normally closed) or pressure switching valves can also be used.
  • a check valve is arranged after the exit of the damper. This prevents tempering medium from flowing back from the condenser into the evaporator via the compressor, which leaks over time.
  • a check valve another solenoid valve could also be used.
  • At least one of the elements of the centrifuge motor, the electrical flap switch, the fan, the pressure monitoring control and the pressure monitoring sensor are explosion-proof and / or are designed to take up less than 20 W electrical power. As a result, these elements can be operated continuously and carry out the monitoring or ignition protection measures without contributing to ignition.
  • the centrifuge has a gas sensor outside the temperature control means, so that leakages can be determined independently of a pressure drop below the minimum pressure in order to prevent the centrifuge from starting.
  • the centrifuge is designed to supply a fan with residual electrical energy in the centrifuge after the electrical energy supply has failed, preferably a relay being provided which is supplied by the electrical energy supply and in the event of electrical failure Energy supply connects at least one element with residual electrical energy to the fan, the at least one element being in particular a capacitor. This ensures that the temperature control agent is dispersed for as long as possible even in the event of a crash and if the electrical power supply fails.
  • Fig. 2 shows the centrifuge according to the invention of Fig. La in a simplified Blocktruckda r position with regard to the temperature control and
  • Fig. 3 shows the centrifuge according to Fig. La in a block diagram
  • the centrifuge 10 is designed as a laboratory centrifuge which has a housing 12 with a lid 14 and an operating front 15.
  • a centrifuge rotor 20 is arranged, which is designed as a swing-out rotor with centrifuge cups 22.
  • thermocontrol means 24 comprise an evaporator 26, a compressor 28, a condenser 30 and a thermostatic injection valve 32, which are connected by a temperature control medium line 34.
  • the evaporator 26 is, for example, in the form of a temperature medium line section which extends around the centrifuge container 16.
  • a solenoid valve 38 is arranged in the flow direction 36 upstream of the egg injection valve 32 in the temperature control medium line 34.
  • a check valve 40 which blocks the flow direction 36, is arranged in the temperature control medium line 34 between the evaporator 26 and the compressor 28.
  • a pressure sensor 44 is arranged in the form of a pressure transmitter, the signal 46 feeds a monitoring and control device 48.
  • the monitoring and control device 48 preferably has a processor (not shown) and controls the compressor 28 by means of a control line 50, a fan 54 which is assigned to the condenser 30 by means of a control line 52, and the group 58 of the actual ones by means of a control line 56 Control including the electrical and electronic components and the centrifuge motor 18 of the centrifuge 10.
  • the group 60 of the components pressure sensor 44, monitoring and control device 48 and fan 54 is explosion-proof and / or designed to absorb less than 20 W electrical power, ie these components can in no case ignite the temperature control medium in the temperature control medium 24 out.
  • R290 propane is preferably used as the tempering medium.
  • the electrical energy supply 62 of the centrifuge 10 has a conductive phase L and a neutral conductor N and is switched by a main switch 64.
  • the main switch 64 connects the monitoring and control device 48 directly to the electrical power supply 62 via the line 66.
  • a line 68 which can be separated via a switch 70, which connects the fan 54 to the electrical power supply 62.
  • the switch 70 is switched by the monitoring and control device 48 via the connection 72, in such a way that after the centrifuge is started via the main switch 64, the fan 54 automatically starts at a low speed.
  • a line 74 which can be separated via a switch 76, which connects the group 58 of the actual control including the electrical and electronic components and the centrifuge motor 18 of the centrifuge 10 with the electrical power supply 62.
  • This switch 76 can also be switched by the monitoring and control device 48 via the connection 78.
  • lines 80, 82 Connected to the line 74 are lines 80, 82 which connect the compressor 28 and the solenoid valve 38 to the electrical energy supply 62. These lines also have switches 84, 86, which can also be switched by the monitoring and control device 48 via the connections 88 and 90.
  • the switch 86 for the solenoid valve 38 is also supplied with electrical energy 92 by the control 58 of the centrifuge 10, it being closed when such electrical energy 92 is present in the control 58.
  • group 60 of the explosion-protected and / or components designed to absorb electrical power under 20 W include not only pressure sensor 44, monitoring and control device 48 and fan 54, but also main switch 64, switch 70 in line 68 and switch 76 on line 74.
  • the centrifuge 10 now works in terms of ignition protection as follows:
  • the monitoring and control device 48 is activated, which in turn closes the switch 70, so that the fan 54 of the condenser 30 is supplied in such a way that it operates at a low speed of preferably at least 200 rpm becomes. Even if the temperature control medium should have leaked due to a leak, it is dispersed so that the formation of an ignitable mixture is prevented.
  • the monitoring and control device 48 determines via the pressure sensor 44 that the pressure in the evaporator 26 is above a minimum pressure of 1.3 bar, the switch 76 is closed, so that the group 58 of the actual control including the electrical control and electronic components and the centrifuge engine 18 of the centrifuge 10 is supplied with electrical energy. Furthermore, the switches 84 and 86 are closed, so that both the compressor 28 is operated and the solenoid valve 38 is closed. The compressor can now be operated by the controller 58 as required.
  • the pressure sensor 44 detects a pressure in the evaporator 26 that is greater than the specified maximum pressure of 2 bar, then there is a risk that too much flammable temperature control medium is present in the event of a crash.
  • the monitoring and control device 48 will then open the switch 86, wodu rch the solenoid valve 38 interrupts the supply of temperature control medium to the evaporator 26.
  • the monitoring and control device 48 will increase the performance of the compressor 28 (the corresponding direct control of the compressor 28 by the monitoring and control device 48 is not shown).
  • tempering medium is passed into a tempering medium store (not shown).
  • a valve (not shown) arranged between the store and the temperature control medium line 34 is opened.
  • the amount of temperature control medium in the evaporator 26 is reduced so that the pressure in the evaporator 26 is again between the minimum pressure and the maximum pressure.
  • the switch 86 is closed again by the monitoring and control device 48, around the solenoid valve 38 open again, the compressor control is again taken over by the control system 58 and the temperature control medium is removed from the memory if necessary.
  • the monitoring and control device 48 opens the switch 86, as a result of which the magnetic valve 38 interrupts the supply of temperature control medium to the evaporator 26.
  • the monitoring and control device 48 will open the switch 76, as a result of which all non-explosion-protected components of the centrifuge 10, such as the compressor 28 and the control 58, are switched off, so that ignition is impossible.
  • the switch 70 is deliberately left open and residual electrical energy, in particular from capacitors, is delivered to the fan 54 in order to operate the fan to dissipate the temperature medium.
  • Such an electrical fallback level could be implemented, for example, by means of at least one relay (not shown) that is constantly energized in normal operation. This relay is selectively switched by the monitoring and control device 48 so that a contact of the residual electrical energy (for example, from capacitors and the like) is made to the fan 54.
  • This relay is selectively switched by the monitoring and control device 48 so that a contact of the residual electrical energy (for example, from capacitors and the like) is made to the fan 54.
  • the control 58 and the lines 74, 82 are destroyed, so that all non-explosion-protected components, in particular the compressor 28, the control 58 and the centrifuge motor 18, are no longer supplied with energy and at the same time the solenoid valve 38 is closed, thereby preventing ignition.
  • the lines 74, 82 and in particular also the switches 76, 86 and the control 58 are arranged in the crash zone, that is to say preferably between the centrifuge container 16 and an optionally present crash safety device in the form of one or more stiffening elements or crash energy absorber elements.
  • a centrifuge 10 is provided with the present invention, with which combustible tempering media can also be used as part of a tempering process without safety concerns, without this presenting a safety risk in the event of a crash of the centrifuge rotor.

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Zentrifuge (10) und Verfahren zur Verhinde¬ rung einer Zündung von brennbaren Temperierungsmedien in Zentrifugen (10), insbeson- dere nach einem Crash des Zentrifugenrotors bereitgestellt. Dabei erfolgt erfindungsgemäß eine Überwachung daraufhin, ob der Druck im Verdampfer (26) unter einem vorgegebenen Minimaldruck und/oder über einem vorgegebenen Maximaldruck liegt. Dann können gezielt Maßnahmen zur Verhinderung einer Zündung des Temperierungsmediums eingelei¬ tet werden. Im Fall, dass der Druck unter einem Minimaldruck liegt, ist nämlich davon auszugehen, dass entweder eine Leckage oder ein Crash vorliegen, wobei eine Leckage zu einer schleichenden Freisetzung von brennbarem Temperierungsmedium und ein Crash zu einer schlagartigen Freisetzung von brennbarem Temperierungsmedium führen. Wenn der Druck oberhalb eines Maximaldrucks liegt, besteht das Risiko, dass sich sehr viel brennba¬ res Temperierungsmedium im Verdampfer befindet, das im Fall eines Crashs gezündet werden könnte.

Description

Temperierte Zentrifuge mit Crashschutz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff von A nspruch 1 und ein Verfahren zur Verhinderung einer Zündung von brennbaren Temperierungsmedien nach dem Oberbegriff von Anspruch 14.
Zentrifugenrotoren werden in Zentrifugen, insbesondere Laborzentrifugen, dazu einge setzt, um die Bestandteile von darin zentrifugierten Proben unter Ausnutzung der Masse n trägheit zu trennen. Dabei werden zur Erzielung hoher Entmischungsraten immer höhere Rotationsgeschwindigkeiten eingesetzt. Laborzentrifugen sind dabei Zentrifugen, deren Rotoren bei vorzugsweise mindestens 3.000, bevorzugt mindestens 10.000, insbesondere mindestens 15.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten und zumeist auf Tischen platziert werden. Um sie auf einem Arbeitstisch platzieren zu können, weisen sie insbesondere einen Formfaktor von weniger als l m x l m x l m auf, ihr Bauraum ist also beschränkt. Vorzugsweise ist dabei die Gerätetiefe auf max. 70 cm beschränkt.
Solche Zentrifugen werden auf Gebieten der Medizin, der Pharmazie, der Biologie und Chemie dgl. eingesetzt.
Die zu zentrifugierenden Proben werden in Probenbehältern gelagert und diese Probenb e hälter mittels eines Zentrifugenrotors rotatorisch angetrieben. Dabei werden die Zentrif u genrotoren üblicherweise mittels einer senkrechten Antriebswelle, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird, in Rotation versetzt. Es gibt verschiedene Zentrif u genrotoren, die je nach Anwendungszweck eingesetzt werden. Dabei können die Probe n behälter die Proben direkt enthalten oder in den Probenbehältern sind eigene
Probenbehältnisse eingesetzt, die die Probe entha lten, so dass in einem Probenbehälter eine Vielzahl von Proben gleichzeitig zentrifugiert werden können. Ganz allgemein sind Zentrifugenrotoren in Form von Festwinkelrotoren und Ausschwingrotoren und weiteren bekannt.
Zumeist ist vorgesehen, dass die Proben bei bestimmten Temperaturen zentrifugiert werden. Beispielsweise dürfen Proben, die Eiweiße und dgl. organische Substanzen entha l ten, nicht überhitzt werden, so dass die Obergrenze für die Temperierung solcher Proben standardmäßig im Bereich von +40°C liegt. Andererseits werden bestimmte Proben sta n dardmäßig im Bereich +4°C (die Anomalie des Wassers beginnt bei 3,98°C) gekühlt.
Neben solchen vorbestimmten Höchsttemperaturen von beispielsweise ca. +40°C und Standarduntersuchungstemperaturen wie beispielsweise +4°C sind auch weitere Standard untersuchungstemperaturen vorgesehen, wie beispielsweise bei +11°C, um bei dieser Temperatur zu prüfen, ob die Kälteanlage der Zentrifuge unterhalb Raumtemperatur geregelt läuft. Andererseits ist es aus Arbeitsschutzgründen notwendig, ein Anfassen von Elementen zu verhindern, die eine Temperatur von größer gleich +60°C aufweisen.
Zur Temperierung können grundsätzlich aktive und passive Systeme verwendet werden. Passive Systeme basieren auf einer Luft unterstützten Belüftung. Diese Luft wird direkt an dem Zentrifugenrotor vorbeigeführt, wodurch eine Temperierung erfolgt. Die Luft wird dabei durch Öffnungen in den Zentrifugenkessel gesaugt und durch weitere Öffnungen wird die aufgewärmte Luft an anderer Stelle des Zentrifugenkessels wieder abgeführt, wobei das Ansaugen und Abführen selbständig durch die Drehung des Zentrifuge nrotors erfolgt.
Aktive Kühlungssysteme besitzen dagegen einen Kältemittelkreislauf, der den Zentrifuge n behälter temperiert, wodurch indirekt der Zentrifugenrotor und die darin aufgenommenen Probenbehälter gekühlt werden. Als Kälte- bzw. Temperierungsmedien in kompressorbe triebenen Kältesystemen kommen viele verschiedene Medien zum Einsatz. Da prinzipiell nicht nur Kühlungen, also Wärmeentzug, sondern auch Wärmezufü hrung gezielt während der Zentrifugation gewünscht sein können, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Temperierung und Temperierungsmedien gesprochen. Neben den für Zentrifugen üblicherweise verwendeten Temperierungsmedien, wie Chlordifluormethan, Tetrafluo rethan, Pentafluorethan oder Difluormethan und vielen weiteren gibt es auch brennbare Temperierungsmittel, wie zum Beispiel Butan oder Propan oder auch verschiedenste synthetische Gemische.
Diese brennbaren Temperierungsmedien besitzen zwar sehr gute Wärmeübertragungse i genschaften, sie werden aber aus Sicherheitsgründen zumeist nicht eingesetzt, da im Rahmen eines Crashs des Zentrifugenrotors ein Austreten und Entzünden des Temperi e rungsmittels erfolgen kann. Bei einem solchen Crash können Bruchstücke des Zentrifuge n- rotors mit hoher Geschwindigkeit und damit sehr hoher Energie innerhalb der Zentrifuge wirken und dadurch auch den Verdampfer und Leitungen zerstören, die das Temperi e rungsmedium führen. Das ausströmende brennbare Temperierungsmedium kann dann durch die beim Crash freiwerdende Energie und durch elektrische bzw. elektronische Komponenten im Inneren der Zentrifuge oder in deren Umgebung leicht gezündet werden, womit sehr große Schäden, insbesondere auch Personenschäden verbunden sein können.
Um zu verhindern, dass ein Crash des Zentrifugenrotors zu Schäden außerhalb der Zentri fuge führt, wurden schon Versteifungs- und Verstärkungsmittel im Inneren der Zentrifuge vorgeschlagen. Allerdings würde dies nicht einen Austritt von Temperierungsm edien verhindern, weil die Leitungen des Temperierungsmittels, die den Verdampfer bilden, um den Zentrifugenbehälter verlaufen und zwar zwischen Zentrifugenrotor und Verstärkungs mittel.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifuge vorzuschlagen, mit der auch brennbare Temperierungsmedien eingesetzt werden können, ohne dass diese ein erhöhtes Sicherheitsrisiko im Fall eines Crashs des Zentrifugenrotors darstellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Anspruch 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verhinderung einer Zündung von brennbaren Temperierungsmedien nach Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unte r ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
Erfinderseits wurde erkannt, dass diese Aufgabe in überraschender Art und Weise dadurch besonders einfach gelöst werden kann, wenn der Druck im Verdampfer daraufhin übe r wacht wird, ob er unter einem vorgegebenen Minimalwert bzw. über einem vorgegebenen Maximalwert liegt. Dann können gezielt Maßnahmen zur Verhinderung einer möglichen Zündung des Temperierungsmediums eingeleitet werden. Im Fall, dass der Druck unter einem Minimaldruck liegt, ist nämlich davon auszugehen, dass entweder eine Leckage oder ein Crash vorliegen, wobei eine Leckage im Verdampfer sehr unwahrscheinlich ist aber, dennoch zu einer schleichenden Freisetzung von brennbarem Temperierungsmedium und ein Crash zu einer schlagartigen Freisetzung von brennbarem Temperierungsmed ium führen. Wenn der Druck oberhalb eines Maximaldrucks liegt, besteht das Risiko, dass sich sehr viel brennbares Temperierungsmedium im Verdampfer befindet, das im Fall eines Crashs austreten und gezündet werden könnte.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verhinderung einer Zündung von brennbaren Tempe rierungsmedien in Zentrifugen, insbesondere nach einem Crash des Zentrifugenrotors, wobei die Zentrifuge, die insbesondere als Laborzentrifuge ausgebildet ist, einen Zentrif u genbehälter, in dem ein Zentrifugenrotor aufnehmbar ist, einen Zentrifugenmotor zum Antrieb des Zentrifugenrotors, Temperierungsmittel mit einem Verdampfer und einem Verdichter zum Temperieren des Zentrifugenrotors und ein Gehäuse, in dem der Zentrif u genbehälter, der Zentrifugenrotor, die Temperierungsmittel und der Zentrifugenmotor aufgenommen sind, wobei die Temperierungsmittel ein brennbares Temperierungsmedium aufweisen, das in einer Temperierungsmedienleitung geführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Druck im Verdampfer daraufhin überwacht wird, ob er unter einem vorgege benen Minimaldruck und/oder über einem vorgegebenen Maximaldruck liegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Druck am Ausgang des Verdampfers bestimmt wird, wobei bevorzugt ein Drucksensor, insbesondere in Form eines Drucktransmitters, verwendet wird. Dadurch lässt sich der Druck beso nders einfach überwachen und direkt Steuerungsmaßnahmen ergreifen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vorgegebene Minimaldruck zumindest 0,7 bar ist, bevorzugt zumindest 1 bar ist und insbesondere zumi ndest 1,3 bar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vorgegebene Maximaldruck höchstens 5 bar, bevorzugt höchstens 3 bar, insbesondere höchstens 2 bar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird Temperierungsmedium R290 Propan verwendet. Alternativ können beispielsweise auch Iso-Butan, Propen, Buten usw. eingesetzt werden. R290 Propan wird allerdings aufgrund dessen vorteilhafter Parameter (Druckbere iche, Temperaturverläufe, Siedepunkt, Enthalpien und vol umetrische Wirkungsgrad) bevorzugt verwendet. Letztlich hängt der Druckbereich direkt vom verwendeten Temperierungsmedium und dem Verwendungszweck (z.B. Tiefkühlung oder Normalkühlung) ab, es hat sich bei R290 Propan gezeigt, dass der oben genannte Druckbereich vorteilhaft ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einem Verdampferdruck unter dem vorgegebenen Minimaldruck ein oder mehrere der folgenden Maßnahmen durchführt werden:
die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer wird unterbrochen;
der Verdichter wird abgeschaltet;
die elektrische Energieversorgung der elektrischen Elemente der Zentrifuge, die eine Explosion verursachen könnten und nicht Ex-geschützt oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgebildet sind, wird gestoppt;
der Zentrifugenmotor wird gestoppt;
elektrische Restenergie wird gezielt an einen Lüfter der Zentrifuge zu dessen Betrieb geleitet.
Wenn die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer unterbrochen wird, kann nur das schon im Verdampfer befindliche Temperierungsmedium gezü ndet werden, wodurch die zündfähige Menge wirksam begrenzt wird.
Wenn der Verdichter abgeschaltet wird, wird keine Luft in den verbliebenen Krei slauf mit dem Temperierungsmedium gesaugt, wodurch die Sicherheit verbessert wird.
Wenn die elektrische Energieversorgung gestoppt wird, kann die Zentrifuge selbst keine Zündung verursachen. Ex-geschützte Bauelemente sind dabei solche nach der ATEX- Richtlinie der Europäischen Union (ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU und die ATEX- Betriebsrichtlinie 1999/92/EG), bzw. Elemente, die unter 20 W Aufnahm eleistung besitzen.
Bevorzugt ist der Zentrifugenmotor Ex-geschützt ausgebildet, um Zündungen durch den Zentrifugenmotor grundsätzlich zu verhindern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Temperierungsmedium - Kreislauf eine Menge Temperierungsmedium enthält von weniger als 150 g, bevorzugt von weniger als 140 g, besonders bevorzugt von weniger als 130 g, insbesondere von weniger als 120 g.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Temperierungsmedium - Kreislauf eine Menge Temperierungsmedium enthält von mehr als 30 g, bevorzugt von mehr als 40 g, besonders bevorzugt von mehr als 50 g. Vorteilhaft liegt die Menge im Bereich 60 g bis 110 g, Es können für diesen Bereich aber auch die anderen angegebenen Mengen verwendet werden.
Wenn der Zentrifugenmotor gestoppt wird, wird ein Crash, der noch nicht stattgefunden hat, verhindert bzw. ein Crash, der bereits stattfand, in seinem Ausmaß abgemildert. Die Abschaltung des Zentrifugenmotors erfolgt vorteilhaft auch dann, wen n der Zentrifugen motor Ex-geschützt ausgebildet ist, weil dadurch ein mechanischer Crash -Schutz bewirkt wird.
Wenn die elektrische Restenergie einem Lüfter der Zentrifuge zugeführt wird, erfolgt eine solche Zerstreuung des Temperierungsmediums, dass eine Zündung erschwert wird. Eine solche elektrische Rückfallebene könnte beispielsweise mittels zumindest eines Relais verwirklicht werden, das im Normalbetrieb ständig angezogen ist. Wenn im Crashfall der Strom zum Anziehen fehlt oder eine bewusste Umstellung erfolgt, stellt das Relais dann einen Kontakt der elektrischen Restene rgie (beispielsweise aus Kondensatoren und dgl.) zum Lüfter her. Solche Kondensatoren könnten in der Elektronik der Laborzentrifuge standardmäßig vorgesehene Kondensatoren sein. Es kön nten auch spezielle Kondensatoren oder Akkumulatoren zum Einsatz kommen, die nur dafür bestehen, im Normalbetrieb aufgeladen zu werden und auf Anforderung Energie dem Lüfter zuzuführen. Beispielsweise könnte die Anforderung im Crashfall durch das vorgenannte Relais oder dgl. erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einem Verdampfe rdruck über dem vorgegebenen Maximaldruck die Menge an Temperierungsmedium im Verdampfer reduziert wird. Dadurch wird für einen möglichen Crashfall dadurch vorgesorgt, dass schon von vornherein die zündfähige Menge so gering wie möglich gehalten wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei einem Verdampferdruck über dem vorgegebenen Maximaldruck ein oder mehrere der folgenden M aßnahmen durchge führt werden:
die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer wird unterbrochen;
die Leistung des Verdichters wird erhöht;
das Temperierungsmedium wird in einen Temperierungsmedienspeicher geleitet.
Wenn die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer unterbrochen wird, wird die zündfähige Menge so gering wie möglich gehalten.
Wenn die Leistung des Verdichters erhöht wird, wird Temperierungsmedium aus dem Verdampfer abgesaugt, so dass die zündfähige Menge so gering wie möglich gehalten wird.
Wenn Temperierungsmedium in einen Temperierungsmedienspeicher geleitet wird, wird ebenfalls die Menge zündfähigen Temperierungsmedium im Verdampfer verringert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Ventil im Temperierungs medienkreislauf geschlossen wird. So dass kein Temperierungsmedium in den Verdampfer einströmen kann. Dadurch pumpt der Verdichter das Temperierungsmedium bis zum Minimaldruck ab und leitet es automatisch in den geöffneten Temperierungsmedienspeicher ein. Die erneute Entnahme des Temperierungsmediums aus dem Temperierungsmedienspeicher erfolgt einfach durch Öffnen des Ventils in der Leitung. Im Normalbetrieb bleibt das Ventil geöff net.
Vor der Erhöhung der Leistung des Verdichters bzw. der Einleitung des Temperierungsme diums in den Temperierungsmedienspeicher wird somit bevorzugt die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer unterbrochen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Lüfter der Zentrifuge nach dem Einschalten einer elektrischen Energieversorgung der Zentrifuge gestartet wird.
Dadurch wird von vorherein möglicherweise austretendes Temperierungsmedium so zerstreut, dass eine mögliche Zündung verhindert wird. Für dieses Verfahren wird sei b- ständiger Schutz unabhängig davon beansprucht, ob der Druck im Verdampfer überwacht wird oder nicht. Dieser bzw. der zuvor erwähnte Lüfter, der der Zerstreuung eines möglicherweise austr e tenden Temperierungsmediums dient, kann ein speziell dafür eingerichteter Lüfter sein, es kann sich allerdings auch um einen Lüfter zum Kühlen der Elektronik der Zentrif uge oder um einen Lüfter zum Betrieb des Verflüssigers der Zentrifuge handeln. Bevorzugt sollte der Lüfter so eingerichtet sein, dass er die Temperierungsmediumleitung zumindest bereich s weise so überströmt und/oder zumindest einen, insbesondere mehrere Hoh lräume in der Zentrifuge so durchströmt, dass die entstehende Abluft aus dem Gehäuse der Zentrifuge befördert wird. Es handelt sich vorzugsweise um Hohlräume, die sich mit ausgetretenem Tem perierungsmedium a nfüllen können.
I n einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Lüfter so betrieben wird, dass kein explosionskritsches Temerperierungsmedium-Luft-Gemisch entsteht, bevorzugt kein Temerperierungsmedium-Luft-Gemisch mit einem Temperierungsmediumgehalt von 2 bis 9 Vol.% entsteht.
U na bhängiger Schutz wird beansprucht für die erfindungsgemäße Zentrifuge, insbesondere La borzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehälter, in dem ein Zentrifugenrotor aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor zum Antrieb des Zentrifugenrotors, Temperierungsmittel mit einem Verda m pfer und einem Verdichter zum Temperieren des Zentrifugenrotors und einem Gehäuse, in dem der Zentrifugenbehälter, der Zentrifugenrotor, die Tem peri e rungsmittel und der Zentrifugen motor aufgenom men sind, wobei die Temperierungsmittel ein brennba res Temperierungsmedium aufweisen, das in einer Temperierungsmedienle i tung geführt ist, die sich dadurch auszeichnet, dass die Zentrifuge a ngepasst ist, festzuste l len, ob der Druck im Verdampfer unter einem vorgegebenen M inimaldruck und/oder über einem vorgegebenen Maximaldruck liegt.
I n einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zentrifuge angepasst ist, das erfindungsgemäße Verfa hren durchzuführen.
I n einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Elemente elektrische Zuleitung zu einer nicht Ex-geschützten Komponente, Scha lter in elektrischer Zuleitung zu einer nicht Ex-geschützten Komponente und Steuerung der Zentrifuge im Crashbereich der Zentrifuge angeordnet sind. Dann wird im Crashfall die Energieversorgung der nicht Ex-geschützten Komponenten bewusst unterbrochen und so eine Zündung verhindert.„Crashbereich" meint in diesem Zusammenhang den Bereich um den Zentrif u genbehälter. Wenn eine Crashsicherung in der Form von ein oder mehreren Versteifungs elementen bzw. Crashenergie-Absorberelementen in der Zentrifuge vorhanden ist, dann sollen diese Elemente zwischen dem Zentrifugenbehälter und den Versteifungseleme nten bzw. Crashenergie-Absorberelementen angeordnet sein. Für diese Ausgestaltung der Zentrifuge wird selbständiger Schutz unabhängig davon beansprucht, ob ein Sensor zur Überwachung des Drucks im Verdampfer vorhanden ist oder nicht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Magnetventil vor dem
Eingang des Verdampfers angeordnet ist, wobei das Magnetventil bevorzugt vor dem Druckentspannungselement angeordnet ist. Ein Magnetventil, das von der elektrischen Versorgung der Zentrifuge stets offengehalten wird, schließt Fed erkraft bedingt automa tisch, wenn die elektrische Versorgung unterbrochen wird, wie es bei einem Crashfall zu erwarten ist. Zur Sicherheit kann die Drucküberwachung im Fall eines Drucks unte rhalb des Minimaldrucks das Magnetventil automatisch schließen. Dadurch wird im Crashfall verhin dert, dass Temperierungsmedium nachströmt und möglicherweise gezündet wird. Altern a tiv zu einem Magnetventil können auch Elektronische Einspritzventile-NC (normally closed) oder Druckschaltventile verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass nach dem Ausgang des Verdam p fers ein Rückschlagventil angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass Temperierungsm e dium im Crashfall vom Verflüssiger über den mit der Zeit undichten Verdichter in den Verdampfer zurückströmt. Alternativ zu einem Rückschlagve ntil könnte auch ein weiteres Magnetventil verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eines der Elemente Zentrifugenmotor, elektrischer Flauptschalter, Lüfter, Druc küberwachungssteuerung und Drucküberwachungssensor Ex-geschützt und/oder unter 20 W elektrische Leistung auf nehmend ausgebildet sind. Dadurch können diese Elemente dauerhaft betrieben werden und die Überwachung bzw. Zündschutzmaßnahmen durchführen, ohne da ss sie zu einer Zündung etwas beitragen können. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zentrifuge einen Gassensor außerhalb des Temperierungsmittels aufweist, wodurch unabhängig von einem Druckabfall unter den Minimaldruck Leckagen ermittelt werden können, um dadurch einen Start der Zentrifuge zu verhindern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zentrifuge ausgebildet ist, einen Lüfter nach Ausfall der elektrischen Energieversorgung mit in der Zentrifuge vorh an dener elektrischer Restenergie zu versorgen, wobei bevorzugt ein Relais besteht, das von der elektrischen Energieversorgung gespeist wird und bei Ausfall der elektrischen Energi e versorgung zumindest ein Element mit elektrischer Restenergie mit dem Lüfter verbindet, wobei das zumindest eine Element insbesondere ein Kondensator ist. Dadurch wird auch im Crashfall und wenn die elektrische Energieversorgung ausfällt ein Zerstreuen des Temperierungsmittels möglichst lange sichergestellt.
Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusa mmenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
Fig. la die erfindungsgemäße Zentrifuge in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. lb die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. la in einer Schnittansicht,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. la in einer vereinfachten Blockbildda r stellung hinsichtlich der Temperierungsmittel und
Fig. 3 die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. la in einer Blockbilddarstellung
hinsichtlich eines stark vereinfachten Stromlaufplanes.
In den Fig. la bis 3 ist die erfindungsgemäße Zentrifuge 10 rein schematisch in verschied e nen Ansichten dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass die Zentrifuge 10 als Laborzentrifuge ausgebildet ist, die ein Gehäuse 12 mit einem Deckel 14 und einer Bedienungsfront 15 aufweist. In dem Zentrif u genbehälter 16 der Zentrifuge 10 ist auf einer Antriebswelle 17 eines Zentrifugenmotors 18 ein Zentrifugenrotor 20 angeordnet, der als Ausschwingrotor mit Zentrifugenbechern 22 ausgebildet ist.
In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die Zentrifuge Temperierungsmittel 24 aufweist, die einen Verdampfer 26, einen Verdichter 28, einen Verflüssiger 30 und ein Therm ostatisches Einspritzventil 32 umfassen, die durch eine Temperierungsmedienleitung 34 verbunden sind.
Der Verdampfer 26 ist beispielsweise als Temperierungsmedienleitungsabschnitt ausgebi l det, der sich rings um den Zentrifugenbehälter 16 erstreckt.
Zwischen Verflüssiger 30 und Verdampfer 26 ist in Flussrichtung 36 vor dem Ei nspritzventil 32 ist in der Temperierungsmedienleitung 34 ein Magnetventil 38 angeordnet.
Zwischen dem Verdampfer 26 und dem Verdichter 28 ist ein gegen die Flussrichtung 36 sperrendes Rückschlagventil 40 in der Temperierungsmedienleitung 34 angeordnet.
Am Ausgang 42 des Verdampfers 26 ist ein Drucksensor 44 in Form eines Drucktransmitters angeordnet, dessen Signal 46 eine Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 speist.
Die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 weist bevorzugt einen Prozessor (nicht gezeigt) auf und steuert mittels einer Steuerleitung 50 den Verdichter 28, mittels einer Steuerleitung 52 einen Lüfter 54, der dem Verflüssiger 30 zugeordnet ist, und mittels einer Steuerleitung 56 die Gruppe 58 der eigentlichen Steuerung einschließlich der elektrischen und elektronischen Komponenten und des Zentrifugenmotors 18 der Zentrifuge 10.
Die Gruppe 60 der Bauelemente Drucksensor 44, Überwachungs- und Steuerungsvorrich tung 48 und Lüfter 54 ist Ex-geschützt und/oder unter 20 W elektrische Leistung aufne h mend ausgelegt, d.h. von diesen Bauelementen kann in keinem Fall eine Zündung des im Temperierungsmittel 24 befindlichen Temperierungsmediums ausgehen. Als Temperi e rungsmedium wird bevorzugt R290-Propan verwendet. In Fig. 3 ist zu erkennen, dass die elektrische Energieversorgung 62 der Zentrifuge 10 eine leitende Phase L und einen Nullleiter N aufweist und durch einen Hauptschalter 64 gesta r tet wird.
Der Hauptschalter 64 verbindet die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 direkt über die Leitung 66 mit der elektrischen Energieversorgung 62.
Weiterhin besteht eine Leitung 68, die über einen Schalter 70 getrennt werden kann, die den Lüfter 54 mit der elektrischen Energieversorgung 62 verbindet. Der Schalter 70 wird durch die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 über die Verbindung 72 gescha l tet, und zwar so, dass nach dem Start der Zentrifuge über den Hauptschalter 64 der Lüfter 54 automatisch bei einer niedrigen Drehzahl startet.
Außerdem besteht eine Leitung 74, die über einen Schalter 76 getrennt werden kann, die die Gruppe 58 der eigentlichen Steuerung einschließlich der elektrischen und elektron i schen Komponenten und des Zentrifugenmotors 18 der Zentrifuge 10 m it der elektrischen Energieversorgung 62 verbindet. Dieser Schalter 76 kann ebenfalls durch die Überwa chungs- und Steuerungsvorrichtung 48 über die Verbi ndung 78 geschaltet werden.
Anschließend an die Leitung 74 bestehen Leitungen 80, 82, die den Verdichter 28 und das Magnetventil 38 mit der elektrischen Energieversorgung 62 verbinden. Diese Leitungen weisen ebenfalls Schalter 84, 86 auf, die auch von der Überwachungs- und Steuerungsvor richtung 48 über die Verbindungen 88 und 90 geschaltet werden können.
Der Schalter 86 für das Magnetventil 38 wird außerdem durch die Steuerung 58 der Zentrifuge 10 mit elektrischer Energie 92 versorgt, wobei er geschlossen ist, wenn solche elektrische Energie 92 der Steuerung 58 anliegt.
Es ist zu erkennen, dass zur Gruppe 60 der Ex-geschützt und/oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgelegten Bauelemente nicht nur Drucksensor 44, Überwachungs und Steuerungsvorrichtung 48 und Lüfter 54 gehören, sondern auch der Hauptschalter 64, der Schalter 70 in Leitung 68 und der Schalter 76 in Leitung 74. Die Zentrifuge 10 funktioniert nun hinsichtlich des Zündungsschutzes folgenderm aßen:
Sobald der Hauptschalter 64 betätigt wird, wird die Überwachungs- und Steuerungsvorrich tung 48 aktiviert, die ihrerseits den Schalter 70 schließt, so dass der Lüfter 54 des Verflüs sigers 30 so versorgt wird, dass er mit niedriger Drehzahl von bevorzugt mindestens 200 U/min betrieben wird. Selbst wenn aufgrund einer Leckage schon Temperierungsmedium ausgetreten sein sollte, erfolgt dadurch eine Zerstreuung, so dass die Bildung eines zündfähigen Gemischs verhindert wird.
Wenn die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 über den Drucksensor 44 fest stellt, dass der Druck im Verdampfer 26 sich oberhalb eines Minimaldrucks von 1,3 bar befindet, wird der Schalter 76 geschlossen, so dass die Gruppe 58 der eigentlichen Steu e rung einschließlich der elektrischen und elektronischen Komponenten und des Zentrif u genmotors 18 der Zentrifuge 10 mit elektrischer Energie versorgt wird. Weiterhin sind die Schalter 84 und 86 geschlossen, so dass sowohl der Verdichter 28 betrieben als auch das Magnetventil 38 geschlossen sind. Der Verdichter kann nun je nach Anforderung durch die Steuerung 58 betrieben werden.
Wenn der Drucksensor 44 einen Druck im Verdampfer 26 feststellt, der größer als der festgelegte Maximaldruck von 2 bar ist, dann besteht das Risiko, dass bei einem Crash zuviel brennbares Temperierungsmedium vorliegt. Die Überwachungs- und Steuerungsvor richtung 48 wird dann den Schalter 86 öffnen, wodu rch das Magnetventil 38 die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer 26 unterbricht. Außerdem wird die Überwa chungs- und Steuerungsvorrichtung 48 die Leistung des Verdichters 28 erhöhen (die entsprechende direkte Ansteuerung des Verdichters 28 durc h die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 ist nicht gezeigt). Außerdem kann vorgesehen sein, dass Tempe rierungsmedium in einen Temperierungsmedienspeicher (nicht gezeigt) geleitet wird.
Hierzu wird ein zwischen Speicher und Temperierungsmedienleitung 34 angeordnetes Ventil (nicht gezeigt) geöffnet. Dadurch wird die Menge an Temperierungsmedium im Verdampfer 26 so reduziert, dass der Druck im Verdampfer 26 sich wieder zwischen Minimaldruck und Maximaldruck einstellt. Anschließend wird der Schalter 86 durch die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 wieder geschlossen, um das Magnetventil 38 wieder zu öffnen, die Verdichtersteuerung wird wieder von der Steu erung 58 übernommen und das Temperierungsmedium wird ggf. wieder aus dem Speicher entnommen.
Wenn der Drucksensor 44 einen Druck im Verdampfer 26 feststellt, der kleiner als der festgelegte Minimaldruck von 1,3 bar ist, dann besteht das Risiko, dass ein Crash vorliegt, bei dem Temperierungsmedium gezündet werden könnte. Um dies zu verhindern, öffn et die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 den Schalter 86, wodurch das Mag netventil 38 die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer 26 unterbricht. Außerdem wird die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 den Schalter 76 öffnen, wodurch insgesamt alle nicht Ex-geschützten Komponenten der Zentrifuge 10, wie der Verdichter 28 und die Steuerung 58 abgeschaltet werden, so ein Zünden unmöglich wird. Der Schalter 70 wird gezielt offen gelassen und elektrische Restenergie aus insbesondere Kondensatoren an den Lüfter 54 abgegeben, um diesen zum Zerstreuen des Temperi e rungsmediums zu betreiben. Eine solche elektrische Rückfallebene könnte beispielsweise mittels zumindest eines Relais (nicht gezeigt) verwirklicht werden, das im Normalbetrieb ständig angezogen ist. Dieses Relais wird durch die Überwachungs- und Steuerungsvorrich tung 48 gezielt umgeschaltet, so dass ein Kontakt der elektrischen Restenergie (beispiels weise aus Kondensatoren und dgl.) zum Lüfter 54 hergestellt wird.
Erst nach einem Öffnen des Hauptschalters 64 kann die Zentrifuge 10 wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 feststellt, dass der Druck im Verdampfer 28 zumindest so groß wie der Minima ldruck von 1,3 bar ist.
Im Crashfall selbst erfolgt eine Zerstörung der Steuerung 58 und der Leitungen 74, 82, so dass alle nicht Ex-geschützten Komponenten, insbesondere der Verdichter 28, die Steu e rung 58 und der Zentrifugenmotor 18, nicht mehr mit Energie versorgt sind und zugleich das Magnetventil 38 geschlossen wird, wodurch eine Zündung verhindert wird. Die Leitu n gen 74, 82 und insbesondere auch die Schalter 76, 86 und die Steuerung 58 sind zu diesem Zwecke in der Crashzone angeordnet, also bevorzugt zwischen Zentrifugenbehälter 16 und einer ggf. vorhandenen Crashsicherung in Form von ein oder mehreren Versteifungsel e menten bzw. Crashenergie-Absorberelementen. Aus der vorstehenden Da rstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Zentrifuge 10 bereitgestellt wird, mit der ohne Sicherheitsbedenken auch brennbare Tem perierungsmedien im Rahmen einer Tem perierung eingesetzt werden können, ohne dass diese ein Sicherheitsrisiko im Fall eines Crashs des Zentrifugenrotors darstellen.
Soweit nichts a nderes a ngegeben ist, könne n sämtliche Merkmale der vorliegenden Erfindung frei miteina nder kombiniert werden. Auch die in der Figurenbeschreibung beschriebenen Merkmale können, soweit nichts anderes angegeben ist, als Merkmale der Erfindung frei mit den übrigen Merkmalen kombiniert werden. Da bei können gegenständl i che Merkmale der Zentrifuge auch im Rahmen eines Verfahrens umformuliert zu Verfa h rensmerkmalen Verwendung finden und Verfa hrensmerkmale im Ra hmen der Zentrifuge umformuliert zu Merkma len der Zentrifuge.
Bezugszeichenliste
10 erfindungsgemäße Zentrifuge, Laborzentrifuge
12 Gehäuse
14 Deckel
15 Bedienungsfront
16 Zentrifugenbehälter
17 Antriebswelle
18 Zentrifugenmotor
20 Zentrifugenrotor, Ausschwingrotor
22 Zentrifugenbecher
24 Temperierungsmittel
26 Verdampfer
28 Verdichter
30 Verflüssiger
32 Thermostatisches Einspritzventil
34 Temperierungsmedienleitung
36 Flussrichtung
38 Magnetventil
40 Rückschlagventil
42 Ausgang des Verdampfers 26
44 Drucksensor, Drucktransmitter
46 Signal des Drucksensors 44
48 Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung
50 Steuerleitung der Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 zum Verdichter 28
52 Steuerleitung der Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 zum Lüfter 54 54 Lüfter
56 Steuerleitung der Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48 zur Gruppe 58 58 Gruppe der eigentlichen Steuerung einschließlich der elektrischen und elektron i schen Komponenten und des Zentrifugenmotors 18 der Zentrifuge 10
60 Gruppe Ex-geschützt ausgelegter Komponenten, wie Drucksensor 44, Überwa chungs- und Steuerungsvorrichtung 48 und Lüfter 54 62 elektrische Energieversorgung der Zentrifuge 10
64 Hauptschalter der elektrischen Energieversorgung 62
66 Leitung
68 Leitung
70 Schalter in Leitung 68
72 Verbindung, Steuerung des Schalters 70 durch die Überwachungs- und Steue rungsvorrichtung 48
74 Leitung, elektrische Zuleitung
76 Schalter in Leitung 74
78 Verbindung, Steuerung des Schalters 76 durch die Überwachungs- und Steue rungsvorrichtung 48
80, 82 Leitungen, elektrische Zuleitungen
84, 86 Schalter in den Leitungen 80, 82
88, 90 Verbindungen, Steuerungen der Schalter 84, 86 durch die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung 48
92 Versorgung des Schalters 86 mit elektrischer Energie durch die Steuerung 58 L leitende Phase der elektrischen Energieversorgung 62
N Nullleiter N der elektrischen Energieversorgung 62

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verhinderung einer Zündung von brennbaren Temperierungsmedien in Zentrifugen (10), wobei die Zentrifuge (10), die insbesondere als Laborzentrifuge ausgebildet ist, einen Zentrifugenbehälter (16), in dem ein Zentrifugenrotor (20) aufneh m- bar ist, einen Zentrifugenmotor (18) zum Antrieb des Zentrifugenrotors (20), Temperi e rungsmittel (24) mit einem Verdampfer (26) und einem Verdichter (28) zum Temperieren des Zentrifugenrotors (20) und ein Gehäuse (12), in dem der Zentrifugenbehälter (16), der Zentrifugenrotor (20), die Temperierungsmittel (24) und der Zentrifugenmotor (18) aufgenommen sind, wobei die Temperierungsmittel (24) ein brennbares Temperierungs medium aufweisen, das in einer Temperierungsmedienleitung (34) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Verdampfer (26) daraufhin überwacht wird, ob er unter einem vorgegebenen Minimaldruck und/oder über einem vorgegebenen Maximaldruck liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am Ausgang (42) des Verdampfers (26) bestimmt wird, wobei bevorzugt ein Drucksensor, insbesondere in Form eines Drucktransmitters (44), verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der vorgegebene Minimaldruck zumindest 0,7 bar ist, bevorzugt zumindest 1 bar ist und insbesondere zumindest 1,3 bar ist und/oder
dass der vorgegebene Maximaldruck höchstens 5 bar, bevorzugt höchstens 3 bar, insb e sondere höchstens 2 bar ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verdampferdruck unter dem vorgegebenen Minimaldruck
a) die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer (26) unterbrochen wird und/oder
b) der Verdichter (28) abgeschaltet wird und/oder
c) die elektrische Energieversorgung (62) der elektrischen Elemente (58) der Zentrif u ge (10), die eine Explosion verursachen könnten und nicht Ex-geschützt oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgebildet sin d, gestoppt wird und/oder d) der Zentrifugenmotor (18) abgeschaltet wird und/oder
e) elektrische Restenergie gezielt an einen Lüfter (54) zu dessen Betrieb geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verdampferdruck über dem vorgegebenen Maximaldruck die Menge an Temperi e rungsmedium im Verdampfer (26) reduziert wird, wobei bevorzugt
f) die Zuleitung von Temperierungsmedium zum Verdampfer (26) unterbrochen wird und/oder
g) die Leistung des Verdichters (28) erhöht wird und/oder
h) das Temperierungsmedium in einen Temperierungsmedienspeicher geleitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (54) der Zentrifuge nach dem Einschalten einer elektrischen Energieversorgung (62) der Zentrifuge (10) gestartet wird.
7. Zentrifuge (10), insbesondere Laborzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehä lter (16), in dem ein Zentrifugenrotor (20) aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor (18) zum Antrieb des Zentrifugenrotors (20), Temperierungsmittel (24) mit einem Verdampfer (26) und einem Verdichter (28) zum Temperieren des Zentrifugenrotors (20) und einem Gehäuse (12), in dem der Zentrifugenbehälter (16), der Zentrifugenrotor (20), die Temperierungs mittel (24) und der Zentrifugenmotor (18) aufgenommen sind, wobei die Temperierungs mittel (24) ein brennbares Temperierungsmedium aufweisen, das in einer
Temperierungsmedienleitung (34) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (10) angepasst ist, festzustellen, ob der Druck im Verdampfer (26) unter einem vorgegebe nen Minimaldruck und/oder über einem vorgegebenen Maximaldruck liegt.
8. Zentrifuge (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrifuge (10) angepasst ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen und/oder
dass zumindest eines der Elemente Zentrifugenmotor (18), elektrische Zuleitung (74, 82) zu einer nicht Ex-geschützten oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgebild e ten Komponente, Schalter (76, 86) in elektrischer Zuleitung zu einer nicht Ex-geschützten oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgebildeten Komponente und Steu e rung (62) der Zentrifuge (10) im Crashbereich der Zentrifuge (10) angeordnet sind.
9. Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass i) ein Magnetventil (38) vor dem Eingang des Verdampfers (26) angeordnet ist, wobei das Magnetventil (38) bevorzugt vor dem Druckentspannungselement (32) angeordnet ist und/oder dass
k) nach dem Ausgang (42) des Verdampfers (26) ein Rückschlagventil (40) angeordnet ist und/oder dass
L) zumindest eines der Elemente elektrischer Hauptschalter (64), Lüfter (54), Druc k überwachungssteuerung (48) und Drucküberwachungssensor (44) Ex-geschützt und/oder unter 20 W elektrische Leistung aufnehmend ausgebildet sind.
10. Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (10) ausgebildet ist, einen Lüfter (54) nach Ausfall der elektrischen Energieve r sorgung (62) mit in der Zentrifuge (10) vorhandener elektrischer Restenergie zu versorgen, wobei bevorzugt ein Relais besteht, das von der elektrischen Energieversorgung (62) gespeist wird und bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung (62) zumindest ein Element mit elektrischer Restenergie mit dem Lüfter (54) verbindet, wobei das zumindest eine Element insbesondere ein Kondensator oder Akkumulator ist.
11. Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (10) ausgebildet ist, einen Lüfter (54) der Zentrifuge nach dem Einschalten einer elektrischen Energieversorgung (62) der Zentrifuge (10) zu starten.
12. Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (54) so eingerichtet ist, dass er eine Temperierungsmediumleitung (34) zumindest bereichsweise so überströmt und/oder zumindest einen, insbesondere mehrere Hohlräume in der Zentrifuge (10) so durchströmt, dass die entstehende Abluft aus dem Gehäuse (12) der Zentrifuge (10) befördert wird.
13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge einen Gassensor außerhalb des Temperierungsmittels aufweist und bevorzugt eingerichtet ist, bei Ermittlung von Tem perierungsmedium durch den Gassensor, einen Sta rt der Zentrifuge zu verhindern.
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